植物生長不僅依賴陽光雨露，更與土壤中“看不見的世界”密不可分——這里生活著大量微生物，它們附著在根系上，幫助植物吸收養(yǎng)分、抵抗逆境。根系與微生物之間如何互動、如何協(xié)作，是科學(xué)家努力破解的“地下謎題”。近日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、植物高效碳匯重點實驗室（中國科學(xué)院）周峰團隊聯(lián)合瑞士洛桑大學(xué)的科研人員，在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表封面論文，首次精準(zhǔn)揭示了植物根系如何引導(dǎo)微生物在其表面“安家”的奧秘，繪制出根系微生物的“定居地圖”，破譯了控制根系與微生物互動的“分子密碼”。

研究團隊以植物幼苗根系為研究模型，結(jié)合熒光標(biāo)記的活體微生物和高分辨率顯微成像技術(shù)，發(fā)現(xiàn)微生物在根系表面的“定居”并非雜亂無章，而是呈現(xiàn)有規(guī)律的空間分布。這種“定居”格局與根系內(nèi)部的一道特殊屏障——凱氏帶的完整性密切相關(guān)。當(dāng)凱氏帶結(jié)構(gòu)出現(xiàn)“缺口”時，會造成根系內(nèi)部的營養(yǎng)物質(zhì)向外泄漏。進一步的研究證實，從這些“缺口”中泄漏出的主要營養(yǎng)物質(zhì)是氨基酸，尤其是一種叫“谷氨酰胺”的氨基酸分子。

微生物能感知環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)，并朝著自己“喜歡”的方向移動，這種現(xiàn)象稱作微生物的“趨化作用”。該研究發(fā)現(xiàn)，根部泄漏的谷氨酰胺對微生物具有明顯的趨化性，能夠顯著調(diào)控微生物的趨化、繁殖等行為活動。根據(jù)這些“聚居區(qū)”位置，研究人員準(zhǔn)確繪制出根系微生物的“定居地圖”。研究還顯示，有益微生物即使大量“定居”，也不會損害根系，且在局部形成高密度定植時能夠顯著促進根系的生長發(fā)育和養(yǎng)分吸收。然而，若是病原微生物大量繁殖，則會嚴重危害根系及植株的整體健康。這一現(xiàn)象突顯了凱氏帶作為一道“智能閘門”的關(guān)鍵作用：通過穩(wěn)定根系內(nèi)部的營養(yǎng)物質(zhì)，防止隨意泄漏，從而維持根際微生物群的健康平衡。

該研究不僅首次從微觀層面揭示了植物通過局部氨基酸釋放調(diào)控根系微生物空間分布的精密機制，也為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了全新思路：未來或可通過設(shè)計氨基酸類微生物肥料，精準(zhǔn)引導(dǎo)有益菌群定植，顯著提高作物養(yǎng)分吸收效率和抗逆能力。尤為重要的是，該策略對增強土壤碳匯功能同樣具有重要意義，為發(fā)展“固碳增匯”型綠色農(nóng)業(yè)提供了理論依據(jù)和技術(shù)途徑。（記者顏維琦）

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